ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例要点

ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例（在原反应谱模型上修改）问题描述：悬臂柱高12m，工字型截面（图1），密度7800kg/m3，EX=2.1e11Pa，泊松比0.3，所有振型的阻尼比为2%，在3m高处有一集中质量160kg，在6m、9m、12m处分别有120kg的集中质量。反应谱按7度多遇地震，取地震影响系数为0.08，第一组，III类场地，卓越周期Tg=0.45s。图1计算对象第一部分：反应谱法几点说明：本例建模过程使用CAE；添加反应谱必须在inp中加关键词实现，CAE不支持反应谱；*Spectrum不可以在keywordeditor中添加，keywordeditor不支持此关键词读入。ABAQUS的反应谱法计算过程以及后处理要比ANSYS方便的多。操作过程为：（1）打开ABAQUS/CAE，点击createmodeldatabase。（2）进入Part模块，点击createpart，命名为column，3D、deformation、wire。continue（3）Createlines，在分别输入0，0回车；0，3回车；0，6回车；0，9回车；0，12回车。（4）进入property模块，creatematerial，name：steel，general--density，massdensity：7800mechanical--elasticity--elastic，young‘smodulus：2.1e11，poisson’sratio：0.3.（5）Createsection，name：Section-1，category：beam，type：beam,Continuecreateprofile,name:Profile-1,shape:I,按图1尺寸输入界面尺寸，ok。在profilename选择I，materialname选择steel。Ok（6）Assignsection，选择全部，done，弹出的对话框选择section：Section-1，ok。（7）Assignbeamorientation，选择全部，默认值确定。（8）View--partdisplayoptions，在弹出的对话框里勾选，renderbeamprofiles，以可视化梁截面形状。（9）添加集中质量，Special--inertia--create，name：mass1，type：pointmass/inertia，continue，选择（0，3）位置点done，mass：160，ok。create，name：mass2，type：pointmass/inertia，continue，选择0，6；0，9；0，12位置点（按shift多选），done，mass：120，ok，dismiss。（10）Assembly--instancepart，instancetype选dependent（meshonpart），ok。（11）Step--createstep，name：step-1，proceduretype选freqency，continue在basic选项卡中，eigensolver选择频率提取方法，本例选用lanczos法，numberofeigenvaluesrequest，选value，输入10.ok。再createstep，createstep，name：step-2，proceduretype选responsespectrum，continue在basic选项卡中，excitations选择单向singledirection，sumations选择squarerootofthesumofsquares（SRSS）法，useresponsespectrum：sp(反应谱的name，后面再inp中添加)，方向余弦（0，0，1），scalefactor：1.进入damping选项卡，阻尼使用直接模态（directmodal），勾选directdampingdata，startmode：1，endmode：8，criticaldampingfraction：0.02.ok。（12）进入load模块，Load--createboundarycondition，name：fixed，step选择initial，category选择mechanical，types选择displacement/rotation，continue选择0，0点，done，勾选u1~ur3所有6个自由度。Ok。（13）进入mesh模块，object选择part，点seededgebynumber，选择所有杆，done，输入3，done点assignelementtype，选择全部杆，done，默认B31，ok。点meshpart，yes。（14）进入job模块，name：demo-spc，source：model，continue，默认，ok。进入jobmanager，点击writeinput，在工作目录生成demo-spc.inp文件。（15）进入ABAQUS工作目录，使用UltraEdit软件（或其他类似软件）打开demo-spc.inp，*Boundary关键词的后面加如下根据问题叙述确定的反应谱：*Spectrum,type=acceleration,name=sp0.1543,0.167,00.1915,0.25,00.2102,0.333,00.2241,0.444,00.25,0.5,00.3295,0.667,00.4843,1,00.5987,1.25,00.7868,1.667,01.0342,2.222,01.0342,10,00.3528,10000,0第一列为加速度，第二列为频率，第三列为阻尼比。图2保存。（16）进入job模块，createjob，name：spc，source选择inputfile，inputfileselect：工作目录下的demo-spc.inp，continue默认，ok，进入jobmanager，选择spc，submit，计算成功！Frequencymustbeincreasingcontinuouslyinaspectrumdefinition（17）点击results进入后处理模块，可以看到最大位移为3.159cm，这与陆新征博士讲解的ansys结果3.1611cm基本一致。可以查看工作目录下的spc.dat文件查看详细的频率和模态分析结果。第二部分：时程分析（1）进入step模块，删除原step1、step2。建立step1（staticgeneral），用于施加重力（2）将step1结果作为动态分析的初始状态，timeperiod设置为1e-10（很短时间）。建立step2（dynamicimplicit），进行动力时程分析timeperiod设置为20（施加的加速度记录共20s，间隔0.02s），type：automatic，最大增量数量设置为2000步，将初始时间增量设置为0.02，最小增量设置为1e-15，最大增量设置为0.02，half-stepresidualtolerance：100（控制automatic求解精度的值，在地震分析中应该设置多大为好？还没弄清楚！请大家赐教！）。另外，将非线性开关打开：在StepManager对话框中点击Nlgeom（3）将模型顶端节点设置为set-1:tools--set--create（在tools中设置，用于观察顶端节点的反应情况），同样的方法，底端节点设置为set-2在output中设置需要输出结果，在edithistoryoutputrequest将domain改为set，选择set1，在displacement里面选择U。output--historyoutputrequest--manager--editCreatH-Output-2，选择set-2，同上（3）进入property模块，materialeditor--edit--mechanical--damping在材料中补充damping，使用瑞利阻尼，质量系数alpha为0.15，刚度系数beta为0.01。（3）进入load模块，boundaryconditionmanager，将fix在step2的propagated改为inactive（点击deactivate）create一个新的边界条件（在step2），取消z向位移约束（以在该方向施加加速度）再create一个边界条件（在step2），type为acceleration/angularacceleration,continue选择基底节点，勾选A1，输入1（加速度记录单位m/s^2），在amplitude后点create，name：Amp-1，type：tabular，continuetimespan：totaltime从excel文件ac5复制时间和加速度至date数据栏中（加速度时程按规范将最大值调整为0.35m/s^2）再amplitude下拉栏中选Amo-1，ok。Dimiss（4）进入job模块，Createjob，submit。点击result（5）result-historyoutput—SpecialDisplacement:U1atNode1inNSETSET—2和U1atNode5inNSETSET—1（同时按住SHIFT键可同时选择）—plot(6)点击左“XYData”前的加号出现，对_temp_1,_temp_3分别单击右键，点击edit，可将时程数据导出到excel文件中，利用excel计算功能，算出相对位移（求差），再利用excel做出相对位移的时程曲线。注：原例中时程曲线如下本算法得到的曲线如下图